一种高亮度LED芯片及其制作方法

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种高亮度LED芯片及其制作方法。

背景技术

LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。传统LED芯片的电极包括N型电极和P型电极，N/P型电极包括电极焊盘和电流扩展条(finger)，其中，电极焊盘和电流扩展条的结构相同，包括Cr层、Al层、Ti层、Pt层和Au层，两者沉积的金属形同，制作方法相同，两者为同时形成。由于现有P型电极的电流扩展条的底层为Cr层，而Cr金属会对LED芯片所发出的光进行吸收，导致亮度损失。随着Cr层厚度增加，Cr层吸光越严重，P型电极的电流扩展条对LED芯片所发出的光进行反射的强度越差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高亮度LED芯片及其制作方法，亮度高，电流扩展性好，良率高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高亮度LED芯片的制作方法，包括：

一、在衬底上形成外延层；

二、采用蒸镀或溅射的方法在外延层上形成电流扩展条，所述电流扩展条包括依次设置的底层、反射层、第一保护层、第二保护层和打线层，其中，所述底层由ITO制成，所述反射层由Ag制成，所述第一保护层由TiW制成，所述第二保护层由Pt制成，所述打线层由Au制成；

三、采用蒸镀或溅射的方法形成金属叠层结构，其中，沉积在外延层上的金属叠层结构为焊盘，用于封装打线，沉积在电流扩展条连接段上的金属叠层结构为连接层，用于连接焊盘和电流扩展条，所述焊盘和连接层同时形成，结构相同并为整体结构。

作为上述方案的改进，步骤(二)中，在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入In

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Ag，在底层上形成反射层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Ti和W，在反射层上形成第一保护层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Pt，在第一保护层上形成第二保护层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Au，在第二保护层上形成打线层。

作为上述方案的改进，所述底层的厚度为15～300nm，所述反射层的厚度为100～300nm，所述第一保护层的厚度为150～300nm，所述第二保护层的厚度为50～100nm，所述打线层的厚度为300～3000nm。

作为上述方案的改进，所述电流扩展条的宽度小于3μm。

作为上述方案的改进，所述电流扩展条连接段的长度为电流扩展条总长度的5％～10％。

作为上述方案的改进，所述电流扩展条的反射率为100％。

作为上述方案的改进，所述金属叠层结构包括Cr层、设于Cr层上的Al层、设于Al层上的Ti层、设于Ti层上的Pt层、以及设于Pt层上的Au层；

所述Cr层的厚度为

作为上述方案的改进，步骤(三)中，在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Cr，在外延层和电流扩展条的连接段上形成Cr层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Al，在Cr层上形成Al层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Ti，在Al层上形成Ti层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Pt，在Ti层上形成Pt层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Au，在Pt层上形成Au层。

作为上述方案的改进，所述外延层包括设于衬底上的第一半导体层、设于第一半导体层上的有源层、设于有源层上的第二半导体层、以及设于第二半导体层上的透明导电层，所述电流扩展条的底层设于透明导电层上，两者的材料一致。

相应地，本发明还提供了一种高亮度LED芯片，其采用上述的制作方法所制得，包括衬底、设于衬底上的外延层、以及设于外延层上的电极结构，其中，所述电极结构包括电流扩展条、焊盘和连接层，所述电流扩展条和焊盘设于外延层上，所述连接层设于电流扩展条连接段上并与焊盘连接，所述焊盘和连接层的结构相同并同时形成。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明采用蒸镀或溅射的方法先在外延层上形成电流扩展条，然后采用同样的方法在外延层和电流扩展条的连接段上形成焊盘和连接层，即采用两步法来制作电极结构，具有以下优点：(1)先形成电流扩展条可以增加电流扩展条的厚度和减少电流扩展条的宽度；其中，通过增加电流扩展条的表面积，减少电流扩展条的底部宽度，从而形成狭窄的电流扩展条，即电流扩展条的宽度可以控制在较小的范围，有效降低芯片电压；(2)后形成的金属叠层结构分为焊盘和连接层，其中焊盘用于封装打线，由于电流扩展条的厚度大宽度小，本发明通过连接层压住电流扩展条并将电流扩展条与焊盘形成导电连接，有效防止电流扩展条的脱落，并保证焊盘与电流扩展的有效导电连接，从而提高芯片的可靠性。

其中，本发明电流扩展条的宽度可以缩减到2.5μm，现有的电流扩展条的宽度一般为3～10μm。

本发明的焊盘和连接层为高强度结构，反射率为35％～85％，本发明的电流扩展条为高反射率结构，反射率为100％。由于焊盘需要进行打线封装，因此与外延层接触的底层要用硬度高、附着力强的金属(Cr)来制作底层；而电流扩展条不需要封装打线，因此可采用强度较低但电流扩展性好且透光性好的材料(ITD)来制作底层。

本发明采用高强度的焊盘和连接层、以及高反射率的电流扩展条相结合来组成电极结构，发挥两者的优点，既可以提高芯片的亮度和电流扩展性，又不影响封装打线。此外，本发明还通过高强度的连接层来压住电流扩展条组成电极结构，可以加强电流扩展条和焊盘的连接强度，提高整个电极结构的可靠性。

附图说明

图1是本发明制作方法步骤(一)完成后的结构示意图；

图2是本发明制作方法步骤(二)完成后的结构示意图；

图3是本发明高亮度LED芯片的电流扩展条的结构示意图；

图4是本发明制作方法步骤(四)完成后的结构示意图；

图5是本发明高亮度LED芯片的俯视图；

图6是本发明高亮度LED芯片的焊盘或连接层的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明提供的一种高亮度LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

一、在衬底上形成外延层；

参见图1，本发明的外延层包括设于衬底10上的第一半导体层21、设于第一半导体层21上的有源层22、设于有源层22上的第二半导体层23、以及设于第二半导体层23上的透明导电层24。优选的，所述透明导电层24由ITO制成。

本发明的外延层还可以为现有LED芯片的外延结构。

二、在外延层上形成电流扩展条；

参见图2，采用蒸镀或溅射的方法在外延层上形成电流扩展条30。具体的，参见图3，本发明电流扩展条30包括依次设置的底层31、反射层32、第一保护层33、第二保护层34和打线层35，其中，所述底层31由ITO制成，所述反射层32由Ag制成，所述第一保护层33由TiW制成，所述第二保护层34由Pt制成，所述打线层35由Au制成。

本发明的电流扩展条采用ITO来制成底层，与传统的采用Cr来制成底层的电流扩展条不同的是，首先，ITO的吸光效率远远低于Cr；其次，ITO与外延层具有更好的欧姆接触；再次，ITO与外延层也具有良好的结合力。

其中，本发明采用Ag来制成反射层并设置在ITO层上，有效地将光反射回去，以避免其他的电流扩展条结构吸光，从而提高芯片的出光效率。

由于Ag不稳定，因此本发明采用稳定性高、价格便宜、对芯片电压影响小的TiW来制成第一保护层，不仅有效防止Ag扩散，还可以增加电流扩展条的强度。其次，本发明在采用Pt来制成第二保护层并设置在第一保护层上，第二保护层以与第一保护层形成金属叠嶂，进一步防止Ag扩散。最后，本发明采用Au制成打线层，可以保护电流扩展条，避免打线对芯片造成影响。

需要说明的是，底层的厚度若太薄，则容易脱落，且起不到电流扩展的作用；若底层的厚度太厚，则内应力增加，容易开裂，且吸光。此外，反射层的厚度若太薄，则起不到反射光的作用；若反射层的厚度太厚，则内应力增加，容易开裂，且容易扩散。其次，第一保护层和第二保护层的厚度若太薄，则不能防止Ag扩散；若第一保护层和第二保护层厚度太厚，则内应力增加，容易开裂。

优选的，所述底层的厚度为15～300nm，所述反射层的厚度为100～300nm，所述第一保护层的厚度为150～300nm，所述第二保护层的厚度为50～100nm，所述打线层的厚度为300～3000nm。

更优的，所述底层的厚度为50～200nm，所述反射层的厚度为150～250nm，所述第一保护层的厚度为150～250nm，所述第二保护层的厚度为50～80nm，所述打线层的厚度为500～1000nm。

最优的，所述底层的厚度为100～150nm，所述反射层的厚度为180～220nm，所述第一保护层的厚度为180～220nm，所述第二保护层的厚度为60～80nm，所述打线层的厚度为800～1000nm。

需要说明的是，采用蒸镀或溅射的方法在外延层上形成电流扩展条，若温度过高，则光刻胶容易形变，难以进行撕金；若压力太大，则影响蒸镀角度，增加撕金难度；此外，若镀率过快，则功率过高，温度也会升高，同时膜层质量下降。

优选的，在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入In

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Ag，在底层上形成反射层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Ti和W，在反射层上形成第一保护层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Pt，在第一保护层上形成第二保护层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Au，在第二保护层上形成打线层。

三、形成金属叠层结构；

参见图4和图5，采用蒸镀或溅射的方法形成金属叠层结构，其中，沉积在外延层上的金属叠层结构为焊盘40，用于封装打线，沉积在电流扩展条30连接段上的金属叠层结构为连接层50，用于连接焊盘40和电流扩展条30；所述焊盘40和连接层50同时形成，结构相同并为整体结构。

参见图6，所述金属叠层结构包括Cr层41、设于Cr层41上的Al层42、设于Al层42上的Ti层43、设于Ti层43上的Pt层44、以及设于Pt层44上的Au层45。

其中，由于Cr层用作底层，若厚度太厚，则吸光严重，即Al层起不到反射作用。Cr层厚度在

优选的，Cr层的厚度为

更优的，Cr层的厚度为

需要说明的是，采用蒸镀或溅射的方法形成金属叠层结构，若温度过高，则光刻胶容易形变，难以进行撕金；若压力太大，则影响蒸镀角度，增加撕金难度；此外，若镀率过快，则功率过高，温度也会升高，同时膜层质量下降。

优选的，在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Cr，在外延层和电流扩展条的连接段上形成Cr层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Al，在Cr层上形成Al层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Ti，在Al层上形成Ti层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Pt，在Ti层上形成Pt层；

在温度为25～65℃，压力为10～60torr、镀率为3～10埃/秒的条件下，通入Au，在Pt层上形成Au层。

本发明的连接层用于加强焊盘和电流扩展条的结合强度，其强度虽然大，但反射率却低于电流扩展条，若设置在电流扩展条连接段上的连接层占用了过多的电流扩展条面积的过，则影响电流扩展条的反射率，从而降低芯片的亮度。优选的，所述电流扩展条连接段的长度为电流扩展条总长度的5％～10％。

其中，所述焊盘、连接层和电流扩展条组成了LED芯片的电极结构。本发明采用蒸镀或溅射的方法先在外延层上形成电流扩展条，然后采用同样的方法在外延层和电流扩展条的连接段上形成焊盘和连接层，即采用两步法来制作电极结构，具有以下优点：(1)先形成电流扩展条可以增加电流扩展条的厚度和减少电流扩展条的宽度；其中，通过增加电流扩展条的表面积，减少电流扩展条的底部宽度，从而形成狭窄的电流扩展条，即电流扩展条的宽度可以控制在较小的范围，有效降低芯片电压；(2)后形成的金属叠层结构分为焊盘和连接层，其中焊盘用于封装打线，由于电流扩展条的厚度大宽度小，本发明通过连接层压住电流扩展条并将电流扩展条与焊盘形成导电连接，有效防止电流扩展条的脱落，并保证焊盘与电流扩展的有效导电连接，从而提高芯片的可靠性。

其中，本发明电流扩展条的宽度可以缩减到2.5μm，现有的电流扩展条的宽度一般为3～10μm。

本发明的焊盘和连接层为高强度结构，反射率为35％～85％，本发明的电流扩展条为高反射率结构，反射率为100％。由于焊盘需要进行打线封装，因此与外延层接触的底层要用硬度高、附着力强的金属(Cr)来制作底层；而电流扩展条不需要封装打线，因此可采用强度较低但电流扩展性好且透光性好的材料(ITD)来制作底层。

本发明采用高强度的焊盘和连接层、以及高反射率的电流扩展条相结合来组成电极结构，发挥两者的优点，既可以提高芯片的亮度和电流扩展性，又不影响封装打线。此外，本发明还通过高强度的连接层来压住电流扩展条组成电极结构，可以加强电流扩展条和焊盘的连接强度，提高整个电极结构的可靠性。

相应地，本发明还提供了一种高亮度LED芯片，其采用本分发明的制作方法制得，参见图4和图5，包括衬底10、设于衬底10上的外延层、以及设于外延层上的电极结构，其中，所述电极结构包括电流扩展条30、焊盘40和连接层50；其中，所述电流扩展条30和焊盘40设于外延层上，所述连接层50设于电流扩展条30连接段上并与焊盘40连接，所述焊盘40和连接层50的结构相同。

本发明的外延层包括设于衬底10上的第一半导体层21、设于第一半导体层21上的有源层22、设于有源层22上的第二半导体层23、以及设于第二半导体层23上的透明导电层24。优选的，所述透明导电层24由ITO制成。

本发明的外延层还可以为现有LED芯片的外延结构。

下面将以具体实施例来进一步阐述本发明

实施例1

一种高亮度LED芯片，包括衬底、设于衬底上的外延层、以及设于外延层上的电极结构，其中，所述电极结构包括电流扩展条、焊盘和连接层；其中，所述电流扩展条和焊盘设于外延层上，所述连接层设于电流扩展条连接段上并与焊盘连接，所述焊盘和连接层的结构相同；

所述焊盘和连接层均包括Cr层、设于Cr层上的Al层、设于Al层上的Ti层、设于Ti层上的Pt层、以及设于Pt层上的Au层；

所述电流扩展条包括依次设置的底层、反射层、第一保护层、第二保护层和打线层，其中，所述底层由ITO制成，所述反射层由Ag制成，所述第一保护层由TiW制成，所述第二保护层由Pt制成，所述打线层由Au制成；

所述底层的厚度为15nm，所述反射层的厚度为100nm，所述第一保护层的厚度为150nm，所述第二保护层的厚度为50nm，所述打线层的厚度为300nm。

实施例2

与实施例1不同的是：所述底层的厚度为50nm，所述反射层的厚度为150nm，所述第一保护层的厚度为180nm，所述第二保护层的厚度为60nm，所述打线层的厚度为600nm。

实施例3

与实施例1不同的是：所述底层的厚度为150nm，所述反射层的厚度为200nm，所述第一保护层的厚度为200nm，所述第二保护层的厚度为70nm，所述打线层的厚度为1000nm。

实施例4

与实施例1不同的是：所述底层的厚度为200nm，所述反射层的厚度为250nm，所述第一保护层的厚度为250nm，所述第二保护层的厚度为85nm，所述打线层的厚度为2000nm。

实施例5

与实施例1不同的是：所述底层的厚度为300nm，所述反射层的厚度为300nm，所述第一保护层的厚度为300nm，所述第二保护层的厚度为100nm，所述打线层的厚度为3000nm。

对比例1

与实施例1不同的是：所述电极结构只有电流扩展条和焊盘，电流扩展条的结构与焊盘的结构相同，包括Cr层、设于Cr层上的Al层、设于Al层上的Ti层、设于Ti层上的Pt层、以及设于Pt层上的Au层。

对比例2

与实施例1不同的是：所述电极结构只有电流扩展条和焊盘，电流扩展条的结构与焊盘的结构相同，包括Cr层、设于Cr层上的Pt层、以及设于Pt层上的Au层。

选取实施例1～5，对比例1～2的芯片各1000颗进行测试，取平均值，其中，芯片的尺寸为1030mil，测试结构如下：

其中，对比例1的焊盘和电流扩展条的结构相同，结构简单，反射率只有35％，因此对比例1的芯片亮度明显低于本发明；对比例2的焊盘和电流扩展条的结构相同，由于设置了反射层Al，因此反射率可以达到85％，因此其亮度高于对比例1，但还是低于本发明；本发明焊盘和电流扩展条的结构不相同，其中焊盘结构与对比例2的焊盘结构相同，反射率为85％，而电流扩展条的反射率达到100％，因此本发明的亮度最高。

此外，由于实施例1～5的芯片的电极分开两次形成，焊盘和电流扩展条通过连接层形成导电连接，电极结构的结合力好，而对比例1和对比例2的电极结构都只有电流扩展条和焊盘，并且两者是通过一步形成的，因此良率低于本发明，而掉电极率高于本发明。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。